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JP4631533B2 - Wireless communication device - Google Patents

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JP4631533B2 JP2005141956A JP2005141956A JP4631533B2 JP 4631533 B2 JP4631533 B2 JP 4631533B2 JP 2005141956 A JP2005141956 A JP 2005141956A JP 2005141956 A JP2005141956 A JP 2005141956A JP 4631533 B2 JP4631533 B2 JP 4631533B2
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Description

本発明は、超広帯域を利用して極めて微弱なインパルス列に情報を載せたウルトラワイドバンド(Ultra Wide Band:UWB)信号を受信処理する無線通信装置に係り、特に、送信機との間での微弱なインパルス列のUWB通信を利用して物体間の距離の測定を行なう無線通信装置に関する。   The present invention relates to a radio communication apparatus that receives and processes an ultra wide band (UWB) signal in which information is placed on a very weak impulse train using an ultra wide band, and in particular, to a transmitter. The present invention relates to a wireless communication apparatus that measures a distance between objects using UWB communication of a weak impulse train.

さらに詳しくは、本発明は、送信機からのUWB信号の受信タイミング情報を利用して送信機の位置を割り出す無線通信装置に係り、特に、受信したUWB信号にデジタル処理を行なうことにより受信タイミングの検出を行なう無線通信装置に関する。   More particularly, the present invention relates to a wireless communication apparatus that determines the position of a transmitter using reception timing information of a UWB signal from a transmitter, and in particular, performs reception processing by performing digital processing on a received UWB signal. The present invention relates to a wireless communication apparatus that performs detection.

無線LANシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク(PAN)の導入が検討されている。例えば、2.4GHz帯や、5GHz帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システム並びに無線通信装置が規定されている。   The demand for wireless LAN systems has increased significantly as the speed and price of wireless LAN systems have decreased. In particular, the introduction of a personal area network (PAN) has been studied in order to construct a small-scale wireless network between a plurality of electronic devices existing around a person and perform information communication. For example, different radio communication systems and radio communication apparatuses are defined using frequency bands that do not require a license from a supervisory agency, such as 2.4 GHz band and 5 GHz band.

また、近年、「ウルトラワイドバンド(UWB)通信」と呼ばれる、極めて微弱なインパルス列に情報を載せて無線通信を行なう方式が、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとして注目され、その実用化が期待されている。   In recent years, a method called “ultra-wide band (UWB) communication” for performing wireless communication by placing information on a very weak impulse train has attracted attention as a wireless communication system that realizes short-range ultrahigh-speed transmission, and its practical use. Is expected.

米国では、2002年2月にFCC(Federal Communication Commission:米国連邦通信委員会)がUWBシステム関する規制緩和を行なった(例えば、非特許文献1を参照のこと)。規制緩和の内容としては3.1GHzから10.6GHzまで−41.3[dBm]の出力の電波を放射することを許可するものである。現在、IEEE802.15.3などにおいて、ウルトラワイドバンド通信のアクセス制御方式として、プリアンブルを含んだパケット構造のデータ伝送方式が考案されている(例えば、非特許文献2を参照のこと)。   In the United States, FCC (Federal Communication Commission) relaxed regulations on the UWB system in February 2002 (see, for example, Non-Patent Document 1). The contents of the deregulation allow the emission of radio waves with an output of −41.3 [dBm] from 3.1 GHz to 10.6 GHz. Currently, in IEEE802.15.3 and the like, a data transmission method having a packet structure including a preamble has been devised as an access control method for ultra-wideband communication (see, for example, Non-Patent Document 2).

一方、UWBシステムは、超極細パルスを用いることにより高い時間分解能を持ち、この性質を使ってレーダやポジショニングを行なう「測距(Ranging)」をすることが可能である。特に、最近のUWB通信では、100Mbps超の高速データ伝送と元来の測距機能を併せ持つことができる(例えば、特許文献1を参照のこと)。   On the other hand, the UWB system has a high time resolution by using ultra-fine pulses, and can perform “ranging” for radar and positioning using this property. In particular, recent UWB communication can have both high-speed data transmission exceeding 100 Mbps and the original ranging function (see, for example, Patent Document 1).

将来、UWBに代表される近距離通信のWPAN(Wireless Personal Access Network)はあらゆる家電品やCE(Consumer Electronics)機器に搭載されることが予想される。したがって、高速データ伝送とは別に、測距による位置情報の利用、例えばナビゲーションや近距離通信(Near Field Communication:NFC)のような無線の付加価値を生むことが考えられ、高速データ伝送とともに測距機能も実装することが望ましいと思料される。   In the future, WPAN (Wireless Personal Access Network) of near field communication represented by UWB is expected to be installed in all home appliances and CE (Consumer Electronics) devices. Therefore, apart from high-speed data transmission, it is considered that the use of position information by ranging, such as navigation and near field communication (NFC), may create added value of radio, and distance measurement together with high-speed data transmission. It is considered desirable to implement the function.

図14には、UWB通信を利用した測距システムの構成を模式的に示している。図示のシステムは、UWB通信をデータ伝送ではなく測距を主体として利用することを前提としており、送信機は、ICチップやICタグなどの小型の機器で構成され、既知パターンを載せたUWB信号を発信する。そして、この送信機の周囲に存在する受信機は、受信したUWB信号の受信タイミング情報を検出して送信機までの距離やその位置を検出する。   FIG. 14 schematically shows a configuration of a ranging system using UWB communication. The system shown in the figure assumes that UWB communication is mainly used for distance measurement rather than data transmission, and the transmitter is composed of a small device such as an IC chip or an IC tag, and a UWB signal carrying a known pattern. To send. And the receiver which exists in the circumference | surroundings of this transmitter detects the reception timing information of the received UWB signal, and detects the distance to a transmitter, and its position.

このように受信機側で距離若しくは位置の検出を行なうには、UWB信号の正確な受信タイミング情報を獲得する必要がある。   In order to detect the distance or the position on the receiver side as described above, it is necessary to acquire accurate reception timing information of the UWB signal.

例えば、UWB信号をアナログ処理することによって受信タイミング情報を検出する技術について提案がなされている(例えば、非特許文献3を参照のこと)。その回路構成は、図15に示すように、アンテナ部と、テンプレート生成回路と、ループ・フィルタと、クロック生成回路によるアナログ回路からなる。アンテナ部で受信した信号を、テンプレート生成回路で生成した信号と相関値を取り、ループ・フィルタによって相関値から受信タイミングを検出し、クロック生成回路へ受信タイミングの補正を行なう。   For example, a technique for detecting reception timing information by performing analog processing on a UWB signal has been proposed (for example, see Non-Patent Document 3). As shown in FIG. 15, the circuit configuration includes an antenna unit, a template generation circuit, a loop filter, and an analog circuit including a clock generation circuit. The signal received by the antenna unit is correlated with the signal generated by the template generation circuit, the reception timing is detected from the correlation value by a loop filter, and the reception timing is corrected to the clock generation circuit.

しかしながら、UWB信号という高周波信号をアナログ部品によって処理するためには、高精度なアナログ部品が多数必要となることから、受信機のコスト増加を招来する。また、実装誤差の増大が予想され、高周波回路の設計は困難である。   However, in order to process a high-frequency signal such as a UWB signal with analog parts, a large number of high-precision analog parts are required, which increases the cost of the receiver. Further, an increase in mounting error is expected, and it is difficult to design a high-frequency circuit.

UWBという広帯域信号における受信タイミング検出をアナログ回路で行なう場合、遅延回路や周波数合成回路の構成が複雑化を回避することはできない。その帰結として、受信したUWB信号にデジタル処理を行なうことにより受信タイミングの検出を行なうという方法が想起される。この場合、A/D変換器におけるサンプル・レートや解像度(ビット数)をどのように設定するかが課題となる。   When the reception timing detection for a UWB wideband signal is performed by an analog circuit, it is impossible to avoid complication of the configuration of the delay circuit and the frequency synthesis circuit. As a result, a method of detecting the reception timing by performing digital processing on the received UWB signal is recalled. In this case, the problem is how to set the sample rate and resolution (number of bits) in the A / D converter.

例えば、高周波のUWB信号をアンダーサンプリングするUWB受信機について提案がなされている(例えば、非特許文献4を参照のこと)。このUWB受信機では、1ビットの解像度を持つA/D変換器が使用され、多数のアナログ・フィルタ・バンクを利用して周波数軸上で相関をとるように構成されているので、アナログ回路は複雑なものとなる。また、このUWB受信機自体は測距機能を有していない。   For example, a UWB receiver that undersamples a high-frequency UWB signal has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 4). In this UWB receiver, an A / D converter having a 1-bit resolution is used, and the analog circuit is configured to correlate on the frequency axis using a number of analog filter banks. It becomes complicated. The UWB receiver itself does not have a distance measuring function.

また、受信信号の周波数をダウンコンバートしてからデジタル処理を行ない、受信タイミング情報を検出するシステムについて提案がなされている(例えば、非特許文献5を参照のこと)。同システムは、図16に示すように、狭帯域のCDMA信号をデジタル処理するためのアンテナ部、A/D変換器、タイミング検出回路で構成される。アンテナ部で受信した信号をベースバンド信号に変換し、A/D変換器によりチップレートにてデジタル信号に変換し、タイミング検出回路により受信タイミングの検出を行なう。   Further, there has been proposed a system that performs digital processing after down-converting the frequency of a received signal and detects reception timing information (see, for example, Non-Patent Document 5). As shown in FIG. 16, the system includes an antenna unit for digitally processing a narrowband CDMA signal, an A / D converter, and a timing detection circuit. A signal received by the antenna unit is converted into a baseband signal, converted into a digital signal at a chip rate by an A / D converter, and reception timing is detected by a timing detection circuit.

このようにデジタル回路により受信タイミングを検出する従来のシステムでは、チップレートによる低速なA/D変換及びデジタル処理を前提としている。このため、タイミング検出回路は図17に記すような構成となる。UWB信号は、狭帯域CDMAに比べてシンボル長が短いため、高速なA/D変換及び高速なデジタル処理が必要であり、複雑なデジタル処理を行なうことは難しく、消費電力や実装面積の増大が予想される。   As described above, the conventional system for detecting the reception timing by the digital circuit assumes low-speed A / D conversion and digital processing based on the chip rate. For this reason, the timing detection circuit is configured as shown in FIG. Since the UWB signal has a shorter symbol length than narrowband CDMA, high-speed A / D conversion and high-speed digital processing are required, and it is difficult to perform complicated digital processing, which increases power consumption and mounting area. is expected.

図16に示した回路構成で、受信信号の周波数をダウンコンバートしてからデジタル処理を行なうシステムを実現することは容易ではない。UWB信号は搬送波を用いていないため、ベースバンド信号に変換することは容易ではない。したがって、高周波のまま処理を行なうため、高速なA/D変換器及び高速なデジタル処理が必要となる。複雑なデジタル処理を行なうことは難しく、消費電力や実装面積の増大を招く。また、仮にアナログ回路によるダウンコンバート回路を入れた場合、受信機のコストが増大する。   With the circuit configuration shown in FIG. 16, it is not easy to realize a system that performs digital processing after down-converting the frequency of the received signal. Since a UWB signal does not use a carrier wave, it is not easy to convert it to a baseband signal. Therefore, a high-speed A / D converter and high-speed digital processing are required to perform processing with a high frequency. It is difficult to perform complex digital processing, which leads to an increase in power consumption and mounting area. Further, if a down-conversion circuit using an analog circuit is inserted, the cost of the receiver increases.

また、図18には、受信信号をデジタル処理して受信タイミングを検出するシステムに関する他の従来例を示している。このシステムは、アンテナ部と、A/D変換器と、平均化フィルタと、タイミング検出回路で構成され、アンテナ部で受信した信号をA/D変換器によりデジタル信号に変換し、平均化フィルタにより前処理を行なってから、タイミング検出回路により受信タイミングの検出を行なうようになっている。ここで、A/D変換器が扱う受信信号のノイズ・レベルや帯域により、その解像度及び速度が決定される。一般には、高解像度で高速なA/D変換器を使用してタイミングの検出を行なう方式が知られている(例えば、非特許文献6を参照のこと)。   FIG. 18 shows another conventional example relating to a system for digitally processing a received signal to detect reception timing. This system is composed of an antenna unit, an A / D converter, an averaging filter, and a timing detection circuit. A signal received by the antenna unit is converted into a digital signal by an A / D converter, and an averaging filter is used. After pre-processing, the reception timing is detected by the timing detection circuit. Here, the resolution and speed are determined by the noise level and band of the received signal handled by the A / D converter. In general, a method of detecting timing using a high-resolution and high-speed A / D converter is known (for example, see Non-Patent Document 6).

図18に示したシステムでは、1.5ビット以上のA/D変換器を用いている。この場合、平均化フィルタには正負の値を持ったサンプルが入力される。図19には、従来より用いられている平均化フィルタの構成例を示している。A/D変換器の出力する正負の値を持ったサンプル値を用いて平均化するためには、正と負の値を加算できるALU(算術論理回路)と演算結果を一時的に格納するためのレジスタが必要となる。また、受信フレーム単位で並列して平均化を行なうため、N個のALUを並列に駆動させる必要がある(ここで、Nは1フレーム時間におけるサンプル数とする)。これは、サンプル・レートが高い場合は回路設計が難しく、且つ消費電力が増大することを意味する。   In the system shown in FIG. 18, an A / D converter having 1.5 bits or more is used. In this case, samples having positive and negative values are input to the averaging filter. FIG. 19 shows a configuration example of an averaging filter used conventionally. In order to average using sample values having positive and negative values output from the A / D converter, an ALU (arithmetic logic circuit) capable of adding positive and negative values and an operation result are temporarily stored. This register is required. Further, since averaging is performed in parallel in units of received frames, it is necessary to drive N ALUs in parallel (where N is the number of samples in one frame time). This means that the circuit design is difficult and the power consumption increases when the sample rate is high.

すなわち、受信したUWB信号をデジタル処理してから受信タイミングの検出を行なうシステムを、図18に示したように高解像度で且つ高速なA/D変換器を用いて構成することは容易ではない(高解像度のA/D変換器は、実験機としてならともかく、ポータブル機器としては現実的でない)。この場合、高速な平均化フィルタが必要となり、受信機のコスト増加を招くことになる。また、A/D変換器自体の高コスト化や高消費電力化も問題となる。   That is, it is not easy to configure a system that detects the reception timing after digitally processing a received UWB signal using a high-resolution and high-speed A / D converter as shown in FIG. A high-resolution A / D converter is not practical as a portable device, whether it is an experimental machine or not. In this case, a high-speed averaging filter is required, which increases the cost of the receiver. In addition, high cost and high power consumption of the A / D converter itself are also problematic.

また、通信だけでなく測位や測距を行なうような場合にも、消費電力を低くすることができ、また信号捕捉時間を短くすることができるUWB装置について提案がなされている(例えば、特許文献2を参照のこと)。このUWB装置では、UWB信号に載せられたパルスの幅を、ローパス・フィルタを通過させることによって広げ、これによってサンプル・レートの低いA/D変換器でのデジタル信号化を可能にしている。しかしながら、A/D変換のサンプル・レート以下のマルチパスによって受信波形が乱れると、その影響を受けてしまうという問題がある。また、長いパルスをA/D変換する際、受信信号を複数の相関器に入力し各相関器出力からピーク・サーチしてサンプル・タイミングを変更しているが、ピーク・サーチするために雑音に弱い、透過的に測位距離が減少する、という問題もある。   Also, a proposal has been made for a UWB device that can reduce power consumption and shorten signal acquisition time not only for communication but also for positioning and ranging (for example, Patent Documents). 2). In this UWB device, the width of the pulse carried on the UWB signal is widened by passing it through a low-pass filter, thereby enabling digitalization by an A / D converter having a low sample rate. However, there is a problem that if the received waveform is disturbed due to multipath below the A / D conversion sample rate, the received waveform is affected. Also, when A / D converting a long pulse, the received signal is input to multiple correlators and the peak timing is changed from each correlator output to change the sample timing. There is also a problem that the positioning distance is weakly and transparently reduced.

特表2002−517001号公報JP 2002-51001 A 特開2005−51466号公報JP 2005-51466 A 佐々木重信、井家上哲史、眞田幸俊共著「UWBシステムと技術に関する国際会議(UWBST2002)報告」(SST2002−19,2002年7月)Sasaki Shigenobu, Ikegami Tetsufumi, and Koda Toshitoshi "International Conference on UWB System and Technology (UWBST2002)" (SST2002-19, July 2002) http://grouper.ieee.org/groups/802/15/pub/SG4a.htmlhttp: // grouper. iee. org / groups / 802/15 / pub / SG4a. html Y.Shimizu and Y.Sanada,“Accuracy of Relative Distance Measurement with Ultra Wideband System”(IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences,vol.J86−A,no.12,pp.1310−1319,Dec.2003(in Japan))Y. Shimizu and Y.M. Sanada, "Accuracy of Relative Distance Measurement with Ultra Wideband System" (IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences, vol.J86-A, no.12, pp.1310-1319, Dec.2003 (in Japan)) Hyung−Jin Lee, Dong Sam Ha, and Hyng−Soo Lee,“Toward Digital UWB Radios:Part I−Frequency Domain UWB Receiver with 1 bit ADCs”(Joint UWBST & IWUWBS 2004, in Kyoto)Hyun-Jin Lee, Dong Sam Ha, and Hyng-Soo Lee, “Toward Digital UWB Radios: Part I-Frequency Domain UWB Receiver W 1U U R.D.Gaudenzi,M.Luise,and R.Viola,“A digital chip timing recovery loop for band limited direct−sequence spread−spectrum signals”(IEEE Trans Commun.,vol COM−41,pp.1760−1769,Nov.1993)R. D. Gaudenzi, M .; Luise, and R.M. Viola, “A digital chip timing recovery for band limited direct-sequence spread-spectrum signals” (IEEE Trans Commun., Vol COM-41, pp. 1760-1917). Y.Shimizu and Y.Sanada,“Relative Distance Measurement with Ultra Wideband System with High Speed 1.5bit A/D Converter”(Proc. of the Seventh International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications, vol.1,pp.50−54,Abano Terme,Italy,Sept,2004)Y. Shimizu and Y.M. Sanada, "Relative Distance Measurement with Ultra Wideband System with High Speed 1.5bit A / D Converter" (Proc. Of the Seventh International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications, vol.1, pp.50-54, Abano Terme, Italy, (Sept, 2004)

本発明の目的は、特に、送信機との間での微弱なインパルス列のUWB通信を利用して物体間の距離の測定を好適に行なうことができる、優れた無線通信装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an excellent wireless communication apparatus capable of suitably measuring a distance between objects using UWB communication of a weak impulse train with a transmitter. is there.

本発明のさらなる目的は、受信したUWB信号にデジタル処理を行なうことにより受信タイミングの検出を行なうことができる、優れた無線通信装置を提供することにある。   A further object of the present invention is to provide an excellent wireless communication apparatus capable of detecting reception timing by performing digital processing on a received UWB signal.

本発明のさらなる目的は、受信したUWB信号を、適当なサンプル・レート及び解像度を持つA/D変換器を用いてデジタル処理して、正確な受信タイミング情報を得ることができる、優れた無線通信装置を提供することにある。   A further object of the present invention is to provide excellent wireless communication in which a received UWB signal can be digitally processed using an A / D converter having an appropriate sample rate and resolution to obtain accurate reception timing information. To provide an apparatus.

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第1の側面は、広帯域上にパルスを載せたUWB信号を受信する無線通信装置であって、
UWB信号を受信するアンテナ部と、
前記アンテナ部による受信信号をデジタル信号化する1ビットA/D変換器と、
Nサンプル毎に1が出現する数を並列して計数してフレーム単位で出力するN並列カウンタと(Nは1フレーム時間におけるサンプル数とする)、
Nサンプル毎に計数された1の出現数に基づいてフレームの受信タイミングを検出するタイミング検出部と、
を具備することを特徴とする無線通信装置である。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and a first aspect thereof is a wireless communication apparatus that receives a UWB signal in which a pulse is placed on a wide band,
An antenna unit for receiving a UWB signal;
A 1-bit A / D converter that converts a signal received by the antenna unit into a digital signal;
An N parallel counter that counts in parallel the number of occurrences of 1 for every N samples and outputs in units of frames (N is the number of samples in one frame time);
A timing detection unit that detects the reception timing of a frame based on the number of occurrences of 1 counted every N samples;
A wireless communication device comprising:

UWB通信システムは、高速データ伝送とは別に、測距による位置情報の利用が検討されている。高精度の測距機能を実現するためには、UWB受信機側でUWB信号の正確な受信タイミング情報を獲得する必要がある。   In the UWB communication system, use of position information by distance measurement is being studied separately from high-speed data transmission. In order to realize a highly accurate ranging function, it is necessary to acquire accurate reception timing information of the UWB signal on the UWB receiver side.

UWB信号の受信タイミング検出をアナログ回路で行なう場合、遅延回路や周波数合成回路の構成が複雑化を回避することはできない。このため、受信したUWB信号にデジタル処理を行なうことにより受信タイミングの検出を行なうという方法が好ましいと思料されるが、この場合、A/D変換器におけるサンプル・レートや解像度(ビット数)をどのように設定するかが課題となる。   When the reception timing of the UWB signal is detected by an analog circuit, the configuration of the delay circuit and the frequency synthesis circuit cannot be complicated. For this reason, it is considered that a method of detecting the reception timing by performing digital processing on the received UWB signal is preferable. In this case, what is the sample rate and resolution (number of bits) in the A / D converter? It becomes a problem how to set.

本発明者らは、主として測距に利用するUWB通信システムでは、A/D変換器はサンプル・レートが高速であれば、その解像度は低くても十分に通用すると考えている。   The present inventors consider that in a UWB communication system mainly used for distance measurement, an A / D converter can be sufficiently used even if the resolution is low if the sample rate is high.

本発明の第1の側面に係る無線通信装置は、1ビットのA/D変換器を備え、N並列カウンタを利用して、受信したUWB信号にデジタル処理を行なうことによって受信タイミングの検出を行なう。   The wireless communication apparatus according to the first aspect of the present invention includes a 1-bit A / D converter and detects reception timing by performing digital processing on a received UWB signal using an N parallel counter. .

アンテナ部は、1個以上のアンテナ素子と、フィルタと、LNA(低雑音アンプ)などで構成される。無線通信装置は信号区間と無信号区間を検出する構成であることから、通信経路となるアンテナは特に限定されない。1ビットA/D変換器には、このアンテナ部の受信信号が入力され、信号強度と所定の閾値を比較して2値デジタル信号に変換する。A/D変換器の変換速度は、使用する通信方式とシンボル長に基づいて決定される。A/D変換器の出力は一般にサンプル・レートの高いデジタル信号となる。N並列カウンタは、このデジタル信号を入力すると、Nサンプル毎に1が出現する数を並列して計数して、フレーム単位で出力する。そして、タイミング検出回路は、計数された1の出現数に基づいてフレームの受信タイミングを検出する。   The antenna unit includes one or more antenna elements, a filter, an LNA (low noise amplifier), and the like. Since the wireless communication device is configured to detect a signal interval and a no-signal interval, the antenna serving as a communication path is not particularly limited. The 1-bit A / D converter receives a signal received from the antenna unit, compares the signal strength with a predetermined threshold value, and converts the signal into a binary digital signal. The conversion speed of the A / D converter is determined based on the communication method to be used and the symbol length. The output of the A / D converter is generally a digital signal with a high sample rate. When this digital signal is input, the N parallel counter counts the number of occurrences of 1 for every N samples in parallel and outputs it in units of frames. Then, the timing detection circuit detects the reception timing of the frame based on the counted number of occurrences of 1.

A/D変換後のデジタル信号のサンプル・レートは高いが、N並列カウンタで既にサンプル・レートの低いデジタル信号となっている。このため、タイミング検出部における統計フィルタの処理はデジタル信号処理となり、多くの場合は他のデジタル信号処理と同様のDSP(デジタル信号プロセッサ)やFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いて処理される。   Although the sample rate of the digital signal after A / D conversion is high, the digital signal is already a low sample rate in the N parallel counter. Therefore, the statistical filter processing in the timing detection unit is digital signal processing, and in many cases, processing is performed using a DSP (Digital Signal Processor) or FPGA (Field Programmable Gate Array) similar to other digital signal processing.

このように本発明の第1の側面に係る無線通信装置によれば、コンパレータ(1ビットA/D変換器)とN並列カウンタを利用して受信タイミングの検出を行なうので、高解像度のA/D変換器や高速なN並列ALUを利用する必要がなく、受信機のコスト削減、サイズ縮小、省電力化などを実現することができる。   As described above, according to the wireless communication apparatus according to the first aspect of the present invention, since the reception timing is detected using the comparator (1-bit A / D converter) and the N parallel counter, a high resolution A / D It is not necessary to use a D converter or a high-speed N parallel ALU, and it is possible to realize cost reduction, size reduction, power saving, and the like of the receiver.

また、本発明の第2の側面は、広帯域上にパルスを載せたUWB信号を受信する無線通信装置であって、
UWB信号を受信するアンテナ部と、
前記アンテナ部による受信信号をオーバーサンプルによりデジタル信号化するA/D変換器と、
前記A/D変換から出力されるデジタル信号に基づいて受信タイミングを検出するタイミング検出部と、
を具備することを特徴とする無線通信装置である。
A second aspect of the present invention is a wireless communication device that receives a UWB signal in which a pulse is placed on a wideband,
An antenna unit for receiving a UWB signal;
An A / D converter that converts a received signal from the antenna unit into a digital signal by oversampling;
A timing detection unit that detects reception timing based on a digital signal output from the A / D conversion;
A wireless communication device comprising:

本発明の第2の側面に係る無線通信装置は、高速なオーバーサンプリングA/D変換器を備え、受信したUWB信号にデジタル処理を行なうことによって受信タイミングの検出を行なう。オーバーサンプリングA/D変換器は、例えば、信号をデジタル信号化する1ビットA/D変換器と、Nサンプル毎に1が出現する数を並列して計数してフレーム単位で出力するN並列カウンタで構成することができる。   The wireless communication apparatus according to the second aspect of the present invention includes a high-speed oversampling A / D converter, and detects reception timing by performing digital processing on the received UWB signal. The oversampling A / D converter is, for example, a 1-bit A / D converter that converts a signal into a digital signal, and an N parallel counter that counts the number of occurrences of 1 every N samples in parallel and outputs the number in units of frames Can be configured.

アンテナ部は、1個以上のアンテナ素子と、フィルタLNA(低雑音アンプ)などで構成される。無線通信装置は信号区間と無信号区間を検出する構成であることから、通信経路となるアンテナは特に限定されない。A/D変換器は、アンテナ部の受信信号を、高速なサンプル・レートでオーバーサンプルしてデジタル信号に変換する。A/D変換器の変換速度は、使用する通信方式に基づいて決定される。そして、タイミング検出回路は、A/D変換器の出力から受信タイミングを検出する。   The antenna unit includes one or more antenna elements and a filter LNA (low noise amplifier). Since the wireless communication device is configured to detect a signal interval and a no-signal interval, the antenna serving as a communication path is not particularly limited. The A / D converter converts the received signal of the antenna unit into a digital signal by oversampling at a high sample rate. The conversion speed of the A / D converter is determined based on the communication method to be used. The timing detection circuit detects the reception timing from the output of the A / D converter.

A/D変換器の出力は一般にサンプル・レートの高いデジタル信号となるため、単純に既存のデジタルCDMA受信機の方式では受信タイミングの検出を行なうことができない。そこで、本発明の第2の側面では、チップ・マッチドフィルタとフレーム・マッチドフィルタの2段のマッチドフィルタによりタイミング検出回路を構成し、他のデジタル信号処理と同様のDSPやFPGAを用いて受信タイミングの検出処理を行なえるようにした。   Since the output of the A / D converter is generally a digital signal with a high sample rate, reception timing cannot simply be detected by the existing digital CDMA receiver system. Therefore, in the second aspect of the present invention, a timing detection circuit is constituted by a two-stage matched filter of a chip matched filter and a frame matched filter, and reception timing is obtained using a DSP or FPGA similar to other digital signal processing. It was made possible to perform the detection process.

前段のチップ・マッチドフィルタは、入力されたデジタル受信信号に対して所定のテンプレート信号との相関を算出する。そして、この相関値が閾値を超えていれば正しい送信パルス信号が到来したと認識して、後段のフレーム・マッチドフィルタへパルスの有無と何チップ分の受信タイミングがずれていたかを出力する。また、後段のフレーム・マッチドフィルタは、拡散符号との相関値をとることにより受信フレームの正誤判定を行なう。そして、受信フレームが正しいと判定された場合には最終的に受信タイミングを出力する。他方、受信フレームが誤っていると判定された場合には、パルスの検出がうまくいっていないと判断し、チップ・マッチドフィルタに対し閾値を変更するようにフィードバックを行なう。このように2つのマッチドフィルタを備えるだけでタイミング検出回路の実装が容易であり、2段のチェックを行なうことによりタイミング検出精度の向上を期待できる。   The chip matched filter at the previous stage calculates the correlation between the input digital reception signal and a predetermined template signal. If this correlation value exceeds the threshold value, it is recognized that a correct transmission pulse signal has arrived, and the presence / absence of a pulse and how many chips the reception timing has shifted are output to the subsequent frame matched filter. Further, the subsequent frame matched filter determines whether the received frame is correct or not by taking a correlation value with the spreading code. When it is determined that the received frame is correct, the reception timing is finally output. On the other hand, if it is determined that the received frame is incorrect, it is determined that the pulse detection is not successful, and feedback is performed so as to change the threshold value for the chip matched filter. As described above, it is easy to mount the timing detection circuit only by providing two matched filters, and the timing detection accuracy can be improved by performing the two-stage check.

すなわち、本発明の第2の側面に係る無線通信装置によれば、高速なA/D変換器とチップ・マッチドフィルタ及びフレーム・マッチドフィルタを利用して受信タイミングの検出を行なうので、受信タイミング検出機能をアナログ回路で構成する必要がなく、単純なデジタル処理で実現することができる。   That is, according to the radio communication apparatus according to the second aspect of the present invention, the reception timing is detected using the high-speed A / D converter, the chip matched filter, and the frame matched filter. The function does not need to be configured by an analog circuit, and can be realized by simple digital processing.

本発明によれば、受信したUWB信号にデジタル処理を行なうことにより受信タイミングの検出を行なうことができる、優れた無線通信装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the outstanding radio | wireless communication apparatus which can detect a reception timing by performing a digital process to the received UWB signal can be provided.

また、本発明によれば、受信したUWB信号を、適当なサンプル・レート及び解像度を持つA/D変換器を用いてデジタル処理して、正確な受信タイミング情報を得ることができる、優れた無線通信装置を提供することができる。   In addition, according to the present invention, it is possible to digitally process a received UWB signal using an A / D converter having an appropriate sample rate and resolution, and to obtain accurate reception timing information. A communication device can be provided.

本発明に係る無線通信装置によれば、コンパレータ(1ビットA/D変換器)とN並列カウンタを利用して受信タイミングの検出を行なうので、高解像度のA/D変換器や高速なN並列ALUを利用する必要がなく、受信機のコスト削減、サイズ縮小、省電力化などを実現することができる。   According to the wireless communication apparatus of the present invention, since the reception timing is detected using the comparator (1-bit A / D converter) and the N parallel counter, a high resolution A / D converter and a high speed N parallel are used. There is no need to use an ALU, and cost reduction, size reduction, power saving, etc. of the receiver can be realized.

また、本発明に係る無線通信装置によれば、高速なA/D変換器とチップ・マッチドフィルタ及びフレーム・マッチドフィルタを利用して受信タイミングの検出を行なう。したがって、受信タイミング検出機能をアナログ回路で構成する必要がなく、単純なデジタル処理で実現することができるので、受信機のコスト削減、サイズ縮小、省電力化などを実現することができる。   Further, according to the wireless communication apparatus of the present invention, reception timing is detected using a high-speed A / D converter, a chip matched filter, and a frame matched filter. Therefore, it is not necessary to configure the reception timing detection function with an analog circuit, and it can be realized by simple digital processing, so that it is possible to realize cost reduction, size reduction, power saving, and the like of the receiver.

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。   Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明は、広帯域上にパルスを載せたUWB信号を受信する無線通信装置に関するものであり、とりわけ、送信機との間での微弱なインパルス列のUWB通信を利用して物体間の距離の測定を行なう無線通信装置に関する。   The present invention relates to a wireless communication apparatus that receives a UWB signal in which a pulse is placed on a wide band, and in particular, measures a distance between objects using UWB communication of a weak impulse train with a transmitter. It is related with the radio | wireless communication apparatus which performs.

UWB信号の受信タイミング検出をアナログ回路で行なう場合、遅延回路や周波数合成回路の構成が複雑化を回避することはできない。このため、受信したUWB信号にデジタル処理を行なうことにより受信タイミングの検出を行なうという方法が好ましいと思料されるが、この場合、A/D変換器におけるサンプル・レートや解像度(ビット数)をどのように設定するかが課題となる。これに対し、本発明者らは、主として測距に利用するUWB通信システムでは、A/D変換器はサンプル・レートが高速であれば、その解像度は低くても十分に通用すると考えている。   When the reception timing of the UWB signal is detected by an analog circuit, the configuration of the delay circuit and the frequency synthesis circuit cannot be complicated. For this reason, it is considered that a method of detecting the reception timing by performing digital processing on the received UWB signal is preferable. In this case, what is the sample rate and resolution (number of bits) in the A / D converter? It becomes a problem how to set. On the other hand, the present inventors consider that, in a UWB communication system mainly used for ranging, an A / D converter can be sufficiently used even if the resolution is low if the sample rate is high.

図1には、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を模式的に示している。この無線通信装置10は、UWB受信機として動作し、1ビットのA/D変換器を備え、N並列カウンタを利用して、受信したUWB信号にデジタル処理を行なうことによって受信タイミングの検出を行なうものである。   FIG. 1 schematically shows the configuration of a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention. The wireless communication apparatus 10 operates as a UWB receiver, includes a 1-bit A / D converter, and detects reception timing by performing digital processing on a received UWB signal using an N parallel counter. Is.

図示の通り、無線通信装置10は、アンテナ素子11と、フィルタ12と、LNA(低雑音アンプ)13と、コンパレータ14と、カウンタ15と、タイミング検出部16で構成される。   As illustrated, the wireless communication apparatus 10 includes an antenna element 11, a filter 12, an LNA (low noise amplifier) 13, a comparator 14, a counter 15, and a timing detection unit 16.

アンテナ部は、1個以上のアンテナ素子11と、フィルタ12と、LNA13で構成される。無線通信装置は信号区間と無信号区間を検出する構成であることから、通信経路となるアンテナは特に限定されない。   The antenna unit includes one or more antenna elements 11, a filter 12, and an LNA 13. Since the wireless communication device is configured to detect a signal interval and a no-signal interval, the antenna serving as a communication path is not particularly limited.

コンパレータ14は、1ビットA/D変換器として動作し、アンテナ部の受信信号が入力され、信号強度と所定の閾値を比較して2値デジタル信号に変換する。すなわち、サンプル・データは{0,1}に限られる。A/D変換の変換速度は、使用する通信方式に基づいて決定されが、その出力は一般にサンプル・レートの高いデジタル信号となる。   The comparator 14 operates as a 1-bit A / D converter, receives the received signal from the antenna unit, compares the signal intensity with a predetermined threshold value, and converts the signal into a binary digital signal. That is, sample data is limited to {0, 1}. The conversion speed of A / D conversion is determined based on the communication method to be used, but its output is generally a digital signal with a high sample rate.

カウンタ15は、図2に示すようにN並列のカウンタで構成されており、コンパレータ14のデジタル信号を入力すると、Nサンプル毎に1が出現する数を並列して計数して、フレーム単位で出力する。そして、タイミング検出部16では、計数された1の出現数に基づいてフレームの受信タイミングを検出する。   The counter 15 is composed of N parallel counters as shown in FIG. 2. When the digital signal of the comparator 14 is input, the number of occurrences of 1 for every N samples is counted in parallel and output in units of frames. To do. Then, the timing detection unit 16 detects the reception timing of the frame based on the counted number of occurrences of 1.

コンパレータ14から入力されるサンプル値は{0,1}に限られているので、ALU及びレジスタを用いる必要はなく、サンプル入力が“1”になった回数を数える並列カウンタ15を備えるだけでよい。そして、A/D変換した後のデジタル信号のサンプル・レートは高いが、N並列カウンタ15でサンプル・レートの低いデジタル信号となる。レジスタとのデータのやり取りを行なう必要がなく、また、負数の加算に必要な補数生成回路などの必要もないため、カウンタ回路の実装は容易である。したがって、処理速度と消費電力ともに改善が見込まれる。   Since the sample value input from the comparator 14 is limited to {0, 1}, it is not necessary to use an ALU and a register, and it is only necessary to provide a parallel counter 15 that counts the number of times the sample input becomes “1”. . Then, although the sample rate of the digital signal after A / D conversion is high, the N parallel counter 15 turns the digital signal into a low sample rate. Since there is no need to exchange data with the register and there is no need for a complement generation circuit or the like necessary for addition of negative numbers, the implementation of the counter circuit is easy. Therefore, both processing speed and power consumption are expected to improve.

続いて、図1に示した無線通信装置10における受信タイミングの検出動作について、図3〜図7を参照しながら説明する。   Next, the reception timing detection operation in the wireless communication apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

図3には、UWB通信における受信信号の例を示している。図示の通り、広帯域上にパルス波が載せられている。   FIG. 3 shows an example of a received signal in UWB communication. As shown, a pulse wave is placed on a wide band.

アンテナ部より出力された受信信号は、コンパレータ14へ入力される。熱雑音が全くない場合、受信フレームは図4に示すように2値のサンプル・データにA/D変換される。   The received signal output from the antenna unit is input to the comparator 14. When there is no thermal noise, the received frame is A / D converted into binary sample data as shown in FIG.

ここで、1フレームがコンパレータ14によりN個のサンプル点でサンプリングされる場合、図3における正の信号成分をサンプリングしたNPサンプルが図4において1になる領域である。また、図3における負の信号成分をサンプリングしたNMサンプル及び信号の存在しないガード・インターバルをサンプリングしたNGが図4において0になる領域である。 Here, if one frame is sampled at N sample points by the comparator 14, it is a region where N P samples obtained by sampling the positive signal components in FIG. 3 becomes 1 in FIG. 4. Further, a region where N G obtained by sampling the guard interval in the absence of negative signal component N M samples and a signal obtained by sampling the can in FIG. 3 becomes 0 in Fig.

一方、図5には、受信信号に熱雑音が含まれている場合に、受信フレームをA/D変換した例を示している。熱雑音はガウシアン分布に従うことから、信号成分を持っているNp及びNMの領域は影響を受けにくいが、信号成分がないNGの領域では影響を受ける。図示の例では、NGにおいてNG/2個の1が出力されると想定している。 On the other hand, FIG. 5 shows an example in which the received frame is A / D converted when thermal noise is included in the received signal. Since thermal noise follows a Gaussian distribution, the N p and N M regions having signal components are not easily affected, but are affected in the N G region having no signal components. In the illustrated example, it is assumed that N G / 2 pieces of 1 is output at the N G.

コンパレータ14の出力はN並列のカウンタ15に入力され、Nサンプル毎に1が出現する数が数えられる。例えば、図5に示すようにL(L=4)フレーム分のカウントを行なった場合、その出力は図6に示すようになる。ここで、カウンタの出力の最大値はLとなる。   The output of the comparator 14 is input to an N parallel counter 15, and the number of occurrences of 1 for every N samples is counted. For example, when counting for L (L = 4) frames is performed as shown in FIG. 5, the output is as shown in FIG. Here, the maximum value of the output of the counter is L.

次いで、N並列カウンタ15の出力はタイミング検出部16へ入力される。熱雑音が直接影響するNGの領域では、N並列カウンタ15の出力はL/2、信号成分があるNp及びNMの領域ではそれぞれL及び0となることが期待される。そこで、図6に示すように3L/4及びL/4という2つの閾値を設定し、カウンタ値が3L/4以上であれば1、L/4以下であれば−1、それ以外なら0と判定するようにする。これにより、図7に示すように、有効なフレームを認識し、受信タイミングの検出を行なうことができる。 Next, the output of the N parallel counter 15 is input to the timing detection unit 16. It is expected that the output of the N parallel counter 15 is L / 2 in the N G region where the thermal noise directly affects, and L and 0 in the N p and N M regions where there are signal components, respectively. Therefore, as shown in FIG. 6, two threshold values of 3L / 4 and L / 4 are set. If the counter value is 3L / 4 or more, 1 is set, -1 is set if L / 4 or less, 0 is set otherwise. Make a decision. Thereby, as shown in FIG. 7, a valid frame can be recognized and reception timing can be detected.

図8には、本発明の他の実施形態に係る無線通信装置の構成を模式的に示している。この無線通信装置20は、UWB受信機として動作し、高速なオーバーサンプリングA/D変換器を備え、受信したUWB信号にデジタル処理を行なうことによって受信タイミングの検出を行なう。   FIG. 8 schematically shows the configuration of a wireless communication apparatus according to another embodiment of the present invention. The wireless communication device 20 operates as a UWB receiver, includes a high-speed oversampling A / D converter, and detects reception timing by performing digital processing on the received UWB signal.

図示の通り、無線通信装置20は、アンテナ素子21と、フィルタ22と、LNA23と、A/D変換器24と、タイミング検出部25で構成される。   As illustrated, the wireless communication device 20 includes an antenna element 21, a filter 22, an LNA 23, an A / D converter 24, and a timing detection unit 25.

アンテナ部は、1個以上のアンテナ素子21と、フィルタ22と、LNA23で構成される。無線通信装置は信号区間と無信号区間を検出する構成であることから、通信経路となるアンテナは特に限定されない。   The antenna unit includes one or more antenna elements 21, a filter 22, and an LNA 23. Since the wireless communication device is configured to detect a signal interval and a no-signal interval, the antenna serving as a communication path is not particularly limited.

A/D変換器24は、高速なサンプル・レートでオーバーサンプリングを行なうが、例えば、信号をデジタル信号化する1ビットA/D変換器と、Nサンプル毎に1が出現する数を並列して計数してフレーム単位で出力するN並列カウンタ(図2を参照のこと)で構成することができる。   The A / D converter 24 performs oversampling at a high sample rate. For example, a 1-bit A / D converter that converts a signal into a digital signal and a number in which 1 appears every N samples are parallelized. An N parallel counter (see FIG. 2) that counts and outputs in units of frames can be used.

A/D変換器24の出力は、タイミング検出部25に入力されて、受信タイミングの検出が行なわれる。但し、このA/D変換出力はサンプル・レートの高いデジタル信号となるため、単純に既存のデジタルCDMA受信機の方式では受信タイミングの検出を行なうことができない。そこで、本実施形態に係る無線通信装置20では、図9に示すようにチップ・マッチドフィルタ26とフレーム・マッチドフィルタ27の2段のマッチドフィルタによりタイミング検出部25を構成し、他のデジタル信号処理と同様のDSPやFPGAを用いて受信タイミングの検出処理を行なえるようにしている。   The output of the A / D converter 24 is input to the timing detection unit 25, and reception timing is detected. However, since this A / D conversion output is a digital signal with a high sample rate, reception timing cannot simply be detected by the existing digital CDMA receiver system. Therefore, in the wireless communication device 20 according to the present embodiment, the timing detection unit 25 is configured by a two-stage matched filter of a chip matched filter 26 and a frame matched filter 27 as shown in FIG. The reception timing detection process can be performed using the same DSP or FPGA.

前段のチップ・マッチドフィルタ26は、入力されたデジタル受信信号に対して所定のテンプレート信号との相関を算出する。そして、この相関値が閾値を超えていれば正しい送信パルス信号が到来したと認識して、後段のフレーム・マッチドフィルタ27へパルスの有無と何チップ分の受信タイミングがずれていたかを出力する。   The preceding chip matched filter 26 calculates a correlation between the input digital reception signal and a predetermined template signal. If this correlation value exceeds the threshold value, it is recognized that a correct transmission pulse signal has arrived, and the presence / absence of a pulse and how many chips the reception timing has shifted are output to the frame matched filter 27 at the subsequent stage.

また、後段のフレーム・マッチドフィルタ27は、拡散符号との相関値をとることにより受信フレームの正誤判定を行なう。そして、受信フレームが正しいと判定された場合には最終的に受信タイミングを出力する。他方、受信フレームが誤っていると判定された場合には、パルスの検出がうまくいっていないと判断し、チップ・マッチドフィルタ26に対し閾値を変更するようにフィードバックを行なう。   The subsequent frame matched filter 27 determines whether the received frame is correct by taking a correlation value with the spreading code. When it is determined that the received frame is correct, the reception timing is finally output. On the other hand, if it is determined that the received frame is incorrect, it is determined that the pulse detection is not successful, and feedback is performed to the chip matched filter 26 so as to change the threshold value.

このように2つのマッチドフィルタ26〜27を備えるだけでタイミング検出回路の実装が容易であり、2段のチェックを行なうことによりタイミング検出精度の向上を期待できる。   As described above, the timing detection circuit can be easily mounted only by including the two matched filters 26 to 27, and the timing detection accuracy can be improved by performing the two-stage check.

続いて、図8に示した無線通信装置20における受信タイミングの検出動作について、図10〜図13を参照しながら説明する。   Next, the reception timing detection operation in the wireless communication apparatus 20 shown in FIG. 8 will be described with reference to FIGS.

送信機は拡散符号に従い、拡散符号が1の場合はパルスを送信し、それ以外の場合はパルスを送信しないものとする。図10には、アンテナ部より出力された熱雑音が全くない場合に、受信機としての無線通信装置20が受信するパルス信号の波形を示している。熱雑音が混ざった受信パルス信号をA/D変換すると、図11に通りとなる。   The transmitter follows a spreading code, and transmits a pulse when the spreading code is 1, and does not transmit a pulse otherwise. FIG. 10 shows a waveform of a pulse signal received by the wireless communication device 20 as a receiver when there is no thermal noise output from the antenna unit. When the received pulse signal mixed with thermal noise is A / D converted, the result is as shown in FIG.

チップ・マッチドフィルタ26が使用するテンプレート信号は、図12に示すように、理想的な受信パルス信号の正の信号を1、負の信号を−1、無信号を0とする。チップ・マッチドフィルタ26が図11に示したデジタル受信パルス信号波形と図12に示したテンプレート波形の相関を取り、その相関値が所定の閾値αを越えたかどうかでパルスの有無を判定する。   As shown in FIG. 12, the template signal used by the chip matched filter 26 is 1 for a positive signal of an ideal received pulse signal, −1 for a negative signal, and 0 for no signal. The chip matched filter 26 correlates the digital received pulse signal waveform shown in FIG. 11 and the template waveform shown in FIG. 12, and determines the presence or absence of a pulse depending on whether the correlation value exceeds a predetermined threshold value α.

図13には、パルスの受信チップ位置を確認する様子を図解している。直言の受信フレームから推測したパルス位置dnから前後に有効なパルスが見つかるまでチップの検索を行なう。有効なパルスが見つかった場合、チップ・マッチドフィルタ26は、受信フレーム信号が1であったことと、受信タイミングずれdsを出力する。 FIG. 13 illustrates the manner in which the receiving chip position of the pulse is confirmed. From pulse position d n which is estimated from the received frame of plain-speaking until it finds a valid pulse back and forth to search for the chip. When a valid pulse is found, the chip matched filter 26 outputs that the received frame signal is 1 and the reception timing shift d s .

次いで、フレーム・マッチドフィルタ27は、受信フレーム信号と拡散符号の相関値を求めることにより、検出した受信フレーム情報が正しいかどうかを判定する。算出した相関値が拡散符号長となれば、受信フレーム情報は正しいと判断されるので、この場合は受信タイミングずれdsを出力する。また、それ以外の場合は、受信フレーム情報の検出を誤っていると判定し、チップ・マッチドフィルタ26に対して閾値αの変更をフィードバックする。これにより、有効なフレームを認識し、受信フレームの検出を行なう。 Next, the frame matched filter 27 determines whether the detected received frame information is correct by obtaining a correlation value between the received frame signal and the spread code. If the calculated correlation value becomes the spreading code length, it is determined that the received frame information is correct. In this case, a reception timing shift d s is output. In other cases, it is determined that the detection of the received frame information is incorrect, and the change of the threshold value α is fed back to the chip matched filter 26. Thereby, a valid frame is recognized and a received frame is detected.

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。   The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention. That is, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the contents described in the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims should be taken into consideration.

図1は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置のハードウェア構成を模式的に示した図である。FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a hardware configuration of a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示した無線通信装置10内の並列カウンタ15の構成を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the parallel counter 15 in the wireless communication apparatus 10 shown in FIG. 図3は、受信フレームの例を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a received frame. 図4は、熱雑音がない場合の有効フレームの例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an effective frame when there is no thermal noise. 図5は、熱雑音がある場合の有向フレーム群の例を示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a directed frame group when there is thermal noise. 図6は、N並列カウンタの出力例を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an output example of the N parallel counter. 図7は、タイミング検出部16で認識した有効フレームの例を示した図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an effective frame recognized by the timing detection unit 16. 図8は、本発明の他の実施形態に係る無線通信装置20のハードウェア構成を模式的に示した図である。FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a hardware configuration of a wireless communication device 20 according to another embodiment of the present invention. 図9は、図8に示した無線通信装置20内のタイミング検出部25の内部構成を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing an internal configuration of the timing detection unit 25 in the wireless communication apparatus 20 shown in FIG. 図10は、受信パルス波形を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing a received pulse waveform. 図11は、デジタル受信パルス信号波形を示した図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a waveform of a digital reception pulse signal. 図12は、テンプレート波形を示した図である。FIG. 12 is a diagram showing a template waveform. 図13は、パルス検出の様子を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing a state of pulse detection. 図14は、UWB通信を利用した測距システムの構成を模式的に示した図である。FIG. 14 is a diagram schematically showing the configuration of a ranging system using UWB communication. 図15は、UWB信号をアナログ処理することによって受信タイミング情報を検出するシステムの構成例を示した図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of a system that detects reception timing information by performing analog processing on a UWB signal. 図16は、受信信号の周波数をダウンコンバートしてからデジタル処理を行ない、受信タイミング情報を検出するシステムの構成例を示した図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of a system that detects reception timing information by performing digital processing after down-converting the frequency of a reception signal. 図17は、図16に示したシステム内のタイミング検出回路の構成例を示した図である。FIG. 17 is a diagram showing a configuration example of a timing detection circuit in the system shown in FIG. 図18は、受信信号をデジタル処理して受信タイミングを検出するシステムに関する他の従来例を示した図である。FIG. 18 is a diagram showing another conventional example related to a system for digitally processing a received signal to detect reception timing. 図19は、平均化フィルタの構成例を示した図である。FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration example of the averaging filter.

符号の説明Explanation of symbols

10…無線通信装置(本発明の実施形態)
11…アンテナ素子
12…フィルタ
13…LNA
14…コンパレータ
15…N並列カウンタ
16…タイミング検出部
20…無線通信装置(本発明の他の実施形態)
21…アンテナ素子
22…フィルタ
23…LNA
24…オーバーサンプリングA/D変換器
25…タイミング検出部
26…チップ・マッチドフィルタ
27…フレーム・マッチドフィルタ
10: Wireless communication apparatus (embodiment of the present invention)
11 ... Antenna element 12 ... Filter 13 ... LNA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Comparator 15 ... N parallel counter 16 ... Timing detection part 20 ... Wireless communication apparatus (other embodiment of this invention)
21 ... Antenna element 22 ... Filter 23 ... LNA
24 ... Oversampling A / D converter 25 ... Timing detector 26 ... Chip matched filter 27 ... Frame matched filter

Claims (3)

広帯域上にパルスを載せたUWB信号を受信する無線通信装置であって、
UWB信号を受信するアンテナ部と、
前記アンテナ部による受信信号をオーバーサンプルによりデジタル信号化するオーバーサンプリングA/D変換器と、
チップ・マッチドフィルタとフレーム・マッチドフィルタの2段のマッチドフィルタにより構成され、前記A/D変換から出力されるデジタル信号に基づいて受信タイミングを検出するタイミング検出部と、
を具備し、
前記チップ・マッチドフィルタは、入力されたデジタル受信信号に対して所定のテンプレート信号との相関を算出し、該相関値が閾値を超えていれば正しい送信パルス信号が到来したと認識して、前記フレーム・マッチドフィルタへパルスの有無と受信タイミングの検出結果を出力する、
ことを特徴とする無線通信装置。
A wireless communication device for receiving a UWB signal with a pulse on a wideband,
An antenna unit for receiving a UWB signal;
An oversampling A / D converter that converts a received signal from the antenna unit into a digital signal by oversampling;
A timing detection unit configured by a two-stage matched filter of a chip matched filter and a frame matched filter, and detecting a reception timing based on a digital signal output from the A / D conversion ;
Equipped with,
The chip matched filter calculates a correlation between the input digital reception signal and a predetermined template signal, and recognizes that a correct transmission pulse signal has arrived if the correlation value exceeds a threshold value. Outputs the presence / absence of pulse and reception timing detection results to the frame matched filter.
A wireless communication apparatus.
前記オーバーサンプリングA/D変換器は、信号をデジタル信号化する1ビットA/D変換器と、Nサンプル毎に1が出現する数を並列して計数してフレーム単位で出力するN並列カウンタで構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
The oversampling A / D converter is a 1-bit A / D converter that converts a signal into a digital signal, and an N parallel counter that counts the number of occurrences of 1 every N samples in parallel and outputs it in units of frames. Composed,
The wireless communication apparatus according to claim 1.
前記フレーム・マッチドフィルタは、拡散符号との相関値をとることにより受信フレームの正誤判定を行ない、受信フレームが正しいと判定された場合には最終的に受信タイミングを出力し、受信フレームが誤っていると判定された場合には、前記チップ・マッチドフィルタに対し前記閾値の変更を指示する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
The frame matched filter performs a correct / incorrect determination of the received frame by taking a correlation value with the spreading code, and finally outputs a reception timing when the received frame is determined to be correct, If it is determined that the threshold value is instructed to the chip matched filter,
The wireless communication apparatus according to claim 1 .
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